FI97085C - Method and imaging device for determining distance and use thereof - Google Patents
Method and imaging device for determining distance and use thereof Download PDFInfo
- Publication number
- FI97085C FI97085C FI951478A FI951478A FI97085C FI 97085 C FI97085 C FI 97085C FI 951478 A FI951478 A FI 951478A FI 951478 A FI951478 A FI 951478A FI 97085 C FI97085 C FI 97085C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- distance
- images
- imaging
- image
- image area
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C3/00—Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
- G01C3/02—Details
- G01C3/06—Use of electric means to obtain final indication
- G01C3/08—Use of electric radiation detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Description
9708597085
Menetelmä ja kuvauslaitteisto etäisyyden määrittämiseen ja sen käyttöMethod and imaging equipment for determining distance and its use
Keksinnön kohteena on menetelmä etäisyyden määrittämi-5 seen, jossa kohteen etäisyyden määrittämiseen käyte tään kuvaus laitteistoa, jossa olevien optisten elimien avulla kuvataan mainitun kohteen sisältämä kuva-alue ainakin kahden erillisen kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, joita oleellisesti saman kuva-alueen 10 sisältämiä kuvia verrataan toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon muutettuna tiedonkäsittely-yksikön, kuten mikroprosessorin tai vastaavan avulla, mainitun kohteen, kuten mainitussa kuva-alueessa olevan yhden tai useamman vastaavan kuvapisteen etäisyyden määrit-15 tämiseksi.The invention relates to a method for determining the distance, in which imaging apparatus is used to determine the distance of an object, by means of which optical means are used to image an image area contained in said object to obtain at least two separate two-dimensional images, preferably in the same image area 10. converted to digital form by a data processing unit, such as a microprocessor or the like, for determining the distance of said object, such as one or more corresponding pixels in said image area.
Aikaisemmat menetelmät etäisyyksien määrittämiseksi ovat perustuneet mm. stereonäköalgoritmien soveltamiseen, kolmiomittausmenetelmien soveltamiseen, laser-20 tai muun sähkömagneettisen säteilyn tai ultraäänen avulla suoritettuun aktiiviseen luotaukseen. Nyt esillä olevaa keksintöä lähinnä ovat kuitenkin useissa kaupallisissa järjestelmissä käytettävät "autofocus"-menetelmät sekä erityisesti tutkimuslaitoksissa 25 kehitetyt "depth from focus"-menetelmät. Esimerkiksi kameroissa käytetyssä "autofocus"-tekniikassa on eräs tapa tarkentaa kuva se, että moottorilla varustetun objektiivin tarkennusta säädetään, kunnes kuvatason yksi kohta, tavallisimmin keskikohta on tarkimmillaan, 30 objektiivin tarkennussäädön asteikolta voidaan tällöin määrittää ko. kohdan etäisyys. Terävimmän tarkennuksen määrittämiseksi voidaan käyttää esim. ns. ylipääs-tösuodatusta, mikä tarkoittaa yksinkertaisimmillaan erotuksen laskemista kunkin digitoidun kuvapisteen ja 35 sen naapurien välillä sekä x- että y-suunnassa.Previous methods for determining distances have been based on e.g. the application of stereo-vision algorithms, the application of triangulation methods, active sounding by laser-20 or other electromagnetic radiation or ultrasound. However, the present invention is mainly concerned with the "autofocus" methods used in many commercial systems, as well as the "depth from focus" methods developed in particular by research institutes. For example, in the "autofocus" technique used in cameras, one way to sharpen an image is to adjust the focus of a motorized lens until one point in the image plane, most commonly the center, is at its most accurate. point distance. To determine the sharpest focus, e.g. high-pass filtering, which at its simplest means calculating the difference between each digitized pixel and its 35 neighbors in both the x and y directions.
Nykyisissä sovellutuksissa ei ole kuitenkaan mahdollista suorittaa edellä mainittua etäisyyden määritystä samanaikaisesti koko kuva-alan osalta.However, in current applications, it is not possible to perform the above-mentioned distance determination simultaneously for the entire image area.
2 970852 97085
Toisaalta A.P.Pentlandin kehittämässä menetelmässä (viite: A.P.Pentland, T.Darell, M.Turk and W.Huang, A Simple, Real-Time Range Camera, IEEE Computer Society Conf. on Computer Vision and Pattern Regognition, 5 1989, pp. 256-261) etäisyyden määritys perustuu siihen, että kohteesta otetaan kaksi kuvaa käyttäen kahdessa erillisessä kamerassa kummassakin eri suuruista aukkoa. Toisen kameran pienellä aukolla otettu kuva omaa suuren terävyysalueen, kun taas toisen 10 kameran suurella aukolla otetun kuvan terävyysalue on oikean tarkennusetäisyyden ympärillä pieni. Näitä kahta kuvaa vertailemalla voidaan määrittää kuva-alueelta kaikkien sellaisten kuvapisteiden etäisyys, joissa kontrasti on riittävän suuri.On the other hand, in a method developed by APPentland (ref: APPentland, T.Darell, M.Turk and W.Huang, A Simple, Real-Time Range Camera, IEEE Computer Society Conf. On Computer Vision and Pattern Regognition, 5 1989, p. 256 -261) the distance determination is based on taking two images of the subject using two separate cameras with apertures of different sizes in each. The small-aperture image of the second camera has a large sharpness range, while the sharp-aperture range of the second camera taken with the large aperture of the 10 cameras is small around the correct focusing distance. By comparing the two images, the distance of all pixels with sufficient contrast in the image area can be determined.
1515
Edellä mainittuun menetelmään liittyy tiettyjä ongelmia, mistä syystä se ei ole yleistä hyväksyntää saanut käytännön sovellutuksia varten. Tämä johtuu ensinnäkin siitä, että menetelmässä joudutaan käyttämään kahta 20 erillistä kameraa, joille kuvat jaetaan esim. ennen niiden objektiiveja olevalla säteenjakajalla. Toisaalta kyseisessä menetelmässä toinen kuva otetaan käyttämällä pientä aukkoa, mikä alentaa merkittävästi järjestelmän valovoimaa sekä näin ollen myös menetel-25 män tehollista toiminta-aluetta ja -olosuhteita.The above method has certain problems and has therefore not been generally accepted for practical applications. This is due, firstly, to the fact that the method has to use two separate cameras, to which the images are divided, for example, by a beam splitter before their lenses. On the other hand, in this method, the second image is taken using a small aperture, which significantly reduces the brightness of the system and thus also the effective operating range and conditions of the method.
Lisäksi mainitussa menetelmässä on se vaara, että suurta aukkoa vastaavassa kuvassa lähekkäisten kohteiden aiheuttamat sumenemakiekot ovat osittain päällekkäin, jolloin rajakohdissa ylipäästösuodatuksen 30 jälkeen saadaan virheellisen suuria amplitudiarvoja.In addition, in said method, there is a risk that in the image corresponding to the large aperture, the blurring discs caused by adjacent objects partially overlap, whereby erroneously large amplitude values are obtained at the boundary points after high-pass filtering 30.
Tämän keksinnön mukaisella menetelmällä on tarkoituksena saada ratkaiseva parannus edellä esitettyihin epäkohtiin ja siten kohottaa oleellisesti alalla 35 vallitsevaa tekniikan tasoa. Tämän tarkoituksen toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiassa tunnusomaista se, että 3 97085 - oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva- alue kuvataan optisiin elimiin kuuluvan yhden objektiivi järjestelyn tai vastaavan toimesta ainakin kahden, sopivimmin kolmen erillisen, kuva-alaltaan ja 5 valointensiteetiltään oleellisesti yhtäsuuren kak siulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, joiden kunkin kuvaamiseen käytetään oleellisesti muista kuvista poikkeavaa kiinteää, ainakin ennen kuvaustilannetta asetettua tarkennusetäisyyttä, jolla etäisyydellä 10 oleva kohde on oleellisesti terävimmillään, jolloin - mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys määritetään vertailemalla mainitun kohteen, kuten kunkin 15 kuvapisteen osalta keskenään kutakin, toisista kuvista poikkeavalle tarkennusetäisyydelle tarkennettua, sopivimmin digitaalimuotoon muunnettua kuvaa, tiedonkäsittely-yksikön avulla laskennallisesti, kuten kuvia koskevan kuvainformaation perusteella interpoloimalla 20 tai ekstrapoloimalla.The object of the method according to the present invention is to obtain a decisive improvement over the above-mentioned drawbacks and thus to substantially increase the state of the art in the art. To achieve this object, the method according to the invention is mainly characterized in that 3 97085 - substantially the same image area contained in said object is imaged by a single objective arrangement or the like belonging to optical elements by at least two, preferably three separate, two-dimensionally and equally illuminating two-dimensional to produce an image, each of which uses a fixed focal length substantially different from the other images, at least before the shooting situation, at which the subject at distance 10 is substantially sharpest, wherein - the distance of said subject, such as each corresponding pixel in the image area, is determined by comparing For 15 pixels, each image, preferably converted to digital format, which is focused to a different focusing distance from the other images, by means of a data processing unit 1a computationally, such as by interpolating 20 or extrapolating from image information on images.
Keksinnön mukaisen menetelmän tärkeimpinä etuina voidaan mainita sen käytön ja sen toteuttamiseen soveltuvien konstruktioiden yksinkertaisuus ja käyttö-25 varmuus. Erityisesti kaupallisiin "autofocus"-menetel- ;· miin verrattuna etuna on myös se, että keksinnön mukaisen menetelmän avulla on mahdollista suorittaa mittaus nopeasti sekä lisäksi laskea etäisyydet kuvan kaikille sellaisille pisteille, joissa on riittävän 30 suuri kontrastiero läheisiin pisteisiin verrattuna.The most important advantages of the method according to the invention are the simplicity and reliability of its use and the constructions suitable for its implementation. In particular, compared to the commercial "autofocus" methods, it is also advantageous that the method according to the invention makes it possible to perform the measurement quickly and also to calculate the distances to all such points in the image with a sufficiently large contrast difference from nearby points.
Menetelmän nopeus perustuu erityisesti siihen, että keksinnön mukaista menetelmää soveltavassa kamerassa ei ole tarpeen käyttää yhtään liikkuvaa osaa. Edelleen verrattuna edellä mainittuun Pentlandin menetelmään, 35 mahdollistaa keksinnön mukainen menetelmä selvästi paremman valovoiman, mikä johtuu siitä, että menetelmää sovellettaessa voidaan objektiivissa aina käyttää sopivaa, riittävän suurta aukkoa. Lisäksi edellä 4 97085 mainitun Fentlandin menetelmän suhteen on keksinnön etuna lisäksi se, että etäisyyden määritys perustuu edullisesti sovellettuna kolmesta kuvasta saatavaan tietoon, joten yksittäisessä kuvassa olevat virheet on 5 eliminoitavissa, mikäli ne ovat ristiriitaisia kahden muun kuvan antamien tulosten kanssa.The speed of the method is based in particular on the fact that it is not necessary to use any moving parts in the camera applying the method according to the invention. Furthermore, compared to the above-mentioned Pentland method, the method according to the invention enables a clearly better luminous intensity, which is due to the fact that when applying the method, a suitable, sufficiently large aperture can always be used in the lens. In addition, with respect to the Fentland method mentioned above 4 97085, the invention has the further advantage that the distance determination is preferably based on data from three images, so that errors in a single image can be eliminated if they contradict the results of the other two images.
Menetelmään kohdistuvissa epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön mukaisen menetelmän 10 edullisia sovellutuksia.Preferred embodiments of the method 10 according to the invention are set out in the dependent claims of the method.
Keksinnön kohteena on myös kuvauslaitteisto menetelmän soveltamiseksi. Kuvauslaitteisto on määritelty lähemmin kuvauslaitteistoon kohdistuvan itsenäisen patent-15 tivaatimuksen johdanto-osassa. Kuvauslaitteistolle pääasiassa tunnusomaiset piirteet on esitetty vastaavan patenttivaatimuksen tunnusmerkkiosassa.The invention also relates to an imaging apparatus for applying the method. The imaging equipment is further defined in the preamble of the independent patent claim 15 for imaging equipment. The main characteristic features of the imaging apparatus are set out in the characterizing part of the corresponding claim.
Keksinnön mukainen kuvauslaitteisto mahdollistaa 20 ensinnäkin nykyisiin järjestelyihin verrattuna merkit tävästi alhaisemmat valmistuskustannukset, mikä on seurausta mikroelektroniikan kehityksestä ja havaittavissa esim. siitä, että puolijohdekamerakonstruktiois-sa optiikan tai optomekaniikan komponentit ovat 25 kalliimpia kuin mikroelektroniikan komponentit. Näin ,, ollen keksinnön mukaisen kuvauslaitteiston mahdollis- t tavassa konstruktiossa on yksinkertaisimmillaan vain yksi yhden linssin kiinteäpolttovälinen objektiivi ja kaksi säteenjakajaa sekä kolme kuvadetektorielement-30 tiä, mikä muodostaa selvästi nykyisiä vastaavia ratkaisuja edullisemman kokonaisuuden, koska esim.Firstly, the imaging apparatus according to the invention enables significantly lower manufacturing costs compared to current arrangements, which is a consequence of the development of microelectronics and can be seen, for example, in the fact that in semiconductor camera constructions optics or optomechanics components are more expensive than microelectronics components. Thus, in the simplest possible construction of the imaging device according to the invention, there is only one single-lens fixed focal length lens and two beam splitters and three image detector elements, which clearly forms a more advantageous whole than the corresponding solutions of the present invention, e.g.
.* stereokameraratkaisuissa tarvitaan kaksi objektiivia, laser-etäisyysmittareissa ja kolmiomittaukseen perustuvissa laitteissa tyypillisesti lähetys- ja vastaan-35 otto-optiikka sekä mahdollisesti myös skannausme- kaniikkaa. Keksinnön mukaisen kuvauslaitteiston etuna on lisäksi siinä sovelletun laskenta-algoritmin yksinkertaisuus, mikä sisältää vain muutamia yksinker- 5 97085 täisiä operaatioita kuvapistettä kohden, jolloin ei ole tarve käyttää kalliita erikoisprosessoreita.. * stereo camera solutions require two lenses, laser rangefinders and triangulation devices typically have transmit and receive optics, and possibly also scan mechanics. A further advantage of the imaging apparatus according to the invention is the simplicity of the calculation algorithm applied therein, which includes only a few simple operations per pixel, whereby there is no need to use expensive special processors.
Keksinnön mukaisen menetelmän ja kuvauslaitteiston 5 etuna on lisäksi erityisesti robustisuus. Koska etäisyyden mittaus perustuu aina kolmen eri tarken-nusetäisyydeltä samanaikaisesti saadun kuvapisteen vertailuun, eivät tulokseen vaikuta esim. valaistusolosuhteiden muutokset. Lisäksi mitattavilta 10 kohteilta ei edellytetä muita erityisominaisuuksia, kuin että ne eivät ole täysin tasasävyisiä (ja siinäkin tapauksessa voidaan aktiivisella valaistuksella saada hyviä tuloksia, jos kohde ei ole aivan musta), tällöin ei ole myöskään tarve käyttää stereokameroiden 15 tapaista kahden tunnistetun kohteen vertailua, eikä laser-skannereiden aktiivista valaisua. Keksinnön mukaista kuvauslaitteistoa voidaan lisäksi käyttää myös tavanomaisen kameran tapaan; mikäli kolmen kuvan pikseleistä valitaan aina terävintä kuvaa vastaava ja 20 siten kootaan yksi kuvakokonaisuus, saadaan kamera, jonka tuottaman kuvan terävyysalue on huomattavasti suurempi kuin tavanomaisen kameran.A further advantage of the method and imaging device 5 according to the invention is in particular robustness. Since the distance measurement is always based on a comparison of three pixels obtained simultaneously from different focusing distances, the result is not affected by, for example, changes in lighting conditions. In addition, the 10 objects to be measured are not required to have any special characteristics other than that they are not completely uniform (and even then active lighting can give good results if the object is not completely black), so there is no need to use a comparison of two identified objects like stereo cameras. active illumination of laser scanners. In addition, the imaging apparatus according to the invention can also be used in the same way as a conventional camera; if one of the pixels of the three images is always selected to correspond to the sharpest image and thus one image assembly is assembled, a camera is obtained whose sharpness range of the image produced is considerably larger than that of a conventional camera.
Kuvauslaitteistoon kohdistuvissa epäitsenäisissä 25 patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön mukaisen kuvauslaitteiston edullisia sovellutuksia.The dependent claims on the imaging apparatus set out preferred embodiments of the imaging apparatus according to the invention.
Keksintö on määritetty myös yhdellä edellä mainitun menetelmän käyttöön kohdistuvalla itsenäisellä käyttö-30 vaatimuksella.The invention is also defined by one of the independent use requirements for the use of the above-mentioned method.
Seuraavassa selityksessä keksintöä havainnollistetaan yksityiskohtaisesti samalla viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa 35 kuva 1 esittää pituusleikkausta eräästä edullisesta keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettä-:* västä kuvalaitteesta, 6 97085 kuvat 2a-2c esittävät keksinnön mukaisen menetelmän erästä edullista toimintaperiaatetta, ja 5 kuva 3 esittää lohkokaaviona erästä keksinnön mukai sen menetelmän mukaista kokonaisuutta.In the following description, the invention will be illustrated in detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows a longitudinal section of a preferred imaging device used in the method according to the invention, Figures 2a-2c show a preferred principle of the method according to the invention, and Figure 3 shows a block diagram of the invention. in accordance with that method.
Menetelmä etäisyyden määrittämiseen, jossa kohteen etäisyyden määrittämiseen käytetään kuvauslaitteistoa, 10 jossa olevien optisten elimien 1 avulla kuvataan mainitun kohteen sisältämä kuva-alue ainakin kahden erillisen kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi, joita oleellisesti saman kuva-alueen sisältämiä kuvia verrataan toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon 15 muutettuna tiedonkäsittely-yksikön 2, kuten mikro prosessorin tai vastaavan avulla mainitun kohteen, kuten mainitussa kuva-alueessa olevan yhden tai useamman vastaavan kuvapisteen etäisyyden määrittämiseksi. Menetelmää sovellettaessa : 20 - oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva-alue kuvataan optisiin elimiin 1 kuuluvan yhden objektiivijärjestelyn la tai vastaavan toimesta ainakin kahden, sopivimmin kolmen erillisen, kuva- 25 alaltaan ja valointensiteetiltään oleellisesti yhtä suuren kaksiulotteisen x,y kuvan aikaansaamiseksi, joiden kunkin kuvaamiseen käytetään oleellisesti muista kuvista poikkeavaa kiinteää, ainakin ennen kuvaustilannetta asetettua tarkennusetäisyyttä A tai 30 B, sopivimmin A, B tai C, jolla etäisyydellä oleva kohde on oleellisesti terävimmillään, jolloin - mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys määrite- 35 tään vertailemalla mainitun kohteen, kuten kunkin kuvapisteen osalta keskenään kutakin kolmea toisista kuvista poikkeavalle tarkennusetäisyydelle A,B,C : tarkennettua, sopivimmin digitaalimuotoon muunnettua 7 97085 kuvaa Olxy,02xy,03xj, jossa χ-l...x,^ ja y = l.-.y*,,, tiedonkäsittely-yksikön 2 avulla laskennallisesti, kuten kuvia koskevan kuvainformaation Hplxy, Hp2xy, Hp3xy perusteella interpoloimalla tai ekstrapoloimalla.A method for determining a distance using imaging apparatus 10 for determining the distance of an object, the optical means 1 of which imposes an image area contained in said object to produce at least two separate two-dimensional images, which are compared with substantially the same image area, preferably digitally converted to a data processing unit 2 , such as a microprocessor or the like, for determining the distance of said object, such as one or more corresponding pixels in said image area. When applying the method: 20 - substantially the same image area contained in said object is imaged by one objective arrangement 1a or the like belonging to the optical members 1 to obtain at least two, preferably three separate, two-dimensional x, y images substantially equal in image area and light intensity, each using a fixed focusing distance A or 30B, preferably A, B or C, set substantially different from the other images, at least before the shooting situation, at which distance the subject is substantially sharpest, wherein - the distance of said subject, such as each corresponding pixel in the captured image area, is determined; by comparing, for each pixel of said subject, such as for each pixel, three images with a focusing distance A, B, C different from the other images, preferably digitized, 7 97085 images Olxy, 02xy, 03xj, where χ-1 ... x, ^ and y = 1 .-. y * ,,, information by the processing unit 2 computationally, such as by interpolating or extrapolating the image information Hplxy, Hp2xy, Hp3xy on the images.
55
Edullisena sovellutuksena keksinnön mukaisessa menetelmässä välitetään optisten elimien 1 avulla saatu oleellisesti sama mainitun kohteen sisältämä kuva-alue samanaikaisesti ainakin kahdelle, ainakin ennen 10 kuvaustilannetta kiinteään etäisyyteen tarkennetulle analogiselle kuvauselimelle 3, kuten puolijohde-mat-riisikamera-elementille tai vastaavalle, jolloin niihin tallennetut kuvat muunnetaan muuntoelimillä 4, kuten A/D-muuntimella tai vastaavalla digitaaliseksi, 15 minkä jälkeen tiedonkäsittely-yksikön 2 avulla määri tetään mainitun kohteen, kuten kuvatussa kuva-alueessa olevan kunkin vastaavan kuvapisteen etäisyys vertailemalla sopivimmin ylipäästösuodatustekniikkaa soveltamalla tai vastaavasti ainakin kahta kohteen sisältämää 20 vastaavaa kuvaa keskenään.As a preferred embodiment of the method according to the invention, substantially the same image area contained in said object obtained by means of optical means 1 is transmitted simultaneously to at least two analog imaging elements 3, such as a semiconductor matrix camera element or the like, at least before 10 shooting situations, whereby the images stored therein are converted. converting means 4, such as an A / D converter or the like to digital, 15 after which the data processing unit 2 determines the distance of said object, such as each corresponding pixel in the described image area, preferably comparing high-pass filtering techniques or at least two corresponding images of the object .
Optisiin elimiin 1 kuuluvan objektiivijärjestelyn la avulla saatu kuva-alue välitetään edullisesti kolmelle, esim. kuvan 1 mukaisesti objektiivijärjestelyn la 25 kanssa samaan kuvauslaitteeseen x kiinteästi kiinnite tylle kuvauselimelle 3a,3b,3c, kuten puolijohde-matriisikamera-elementille tai vastaavalle, jotka on järjestetty eri tarkennusetäisyyksien A,B,C aikaansaamiseksi kuvatasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa 30 optista etenemätietä pitkin mitattuna oleellisesti toisistaan poikkeaville etäisyyksille objektiivijärjestelyn la optisesta keskipisteestä.The image area obtained by the lens arrangement 1a belonging to the optical members 1 is preferably transmitted to three imaging members 3a, 3b, 3c fixed to the same imaging device x as the lens arrangement 1a 25 according to Fig. 1, such as a semiconductor matrix camera element or the like arranged in different to provide focusing distances A, B, C in a direction perpendicular to the image plane along the optical propagation path 30 measured at substantially different distances from the optical center of the objective arrangement 1a.
Edelleen edullisena menetelmän sovellutuksena jaetaan 35 objektiivijärjestelyn la läpäisemä valonsäde kuvaus laitteessa X olevilla jakoelimillä 5, kuten yhdellä tai useammalla säteenjakajalla 5a,5b tai vastaavalla, * ainakin valointensiteetiltään oleellisesti toisiaan 8 97085 vastaavien kaksiulotteisten x,y kuvien aikaansaamiseksi kuvauslaitteessa X oleville kuvauselimille 3a,3b, 3c.A further preferred embodiment of the method is to divide the light beam transmitted by the objective arrangement 1a by dividers 5 in the device X, such as one or more beam splitters 5a, 5b or the like, * to obtain two-dimensional x xy images 3, at least substantially equal in intensity. 3c.
5 Edelleen edullisena menetelmän sovellutuksena verra taan mainittua kohdetta, kuten kutakin kuva-alan kuvapistettä esittävää ainakin kolmea, edullisimmin digitaalimuotoon muunnettua 01^y,02xy,03xy ja edelleen ylipäästösuodatettua Hplxy,Hp2xy,Hp3xy kuvaa verrataan 10 tiedonkäsittely-yksikön 2 avulla toisiinsa, jolloin kohteen etäisyys määritetään interpoloimalla tarken-nusalueen A-C sisältä kohdetta kuvaavan kuvainformaa-tion Hplxy,Hp2xy, kuten kuvan 2b mukaisessa tilanteessa, ja ekstrapoloimalla mainitun tarkennusalueen A-C 15 ulkopuolelta kohdetta kuvaavan kuvainformaation Hplxy,As a further preferred embodiment of the method, said object is compared, such as at least three images of each pixel in the field of view, most preferably digitized 01, γ, 02xy, 03xy and further high-pass filtered Hplxy, Hp2xy, Hp3xy, are compared by means of a data processing unit 2, the distance is determined by interpolating the image information Hplxy, Hp2xy describing the subject from within the focus area AC, as in the situation of Fig. 2b, and extrapolating the image information Hplxy describing the subject from outside the focus area AC 15,
Hp2xy,Hp3xy muodostaessa koveran käyrän, kuten on tilanne kuvassa 2c.Hp2xy, Hp3xy forming a concave curve, as is the case in Figure 2c.
Todettakoon, että keksinnön mukaisessa menetelmässä on 20 mahdollista määrittää etäisyys vain sellaisille kuvapisteille, joita vastaavat ylipäästösuodatusarvot ylittävät tietyn kynnysarvon (ts. kuvalle, joka sisältää vain yhtä sävyarvoa tai jossa sävyarvot vain hitaasti muuttuvat kuvapisteestä toiseen, ei etäisyyt-25 tä ole mahdollista määrittää). Kun kuvattu kohde on etäisyydellä B, saadaan kolmesta kameraelementistä • · tarkennusetäisyydellä B olevalle ylipäästösuodatetulle kuvapisteelle Hp2xy suurin intensiteettiarvo ylipääs-tösuodatuksen jälkeen. Tämä johtuu siitä, että kuvan 30 ollessa "terävä", se sisältää korkeita spatiaalisia taajuuksia, jotka korostuvat ylipäästösuodatusoperaa-tiossa. Vastaavasti tarkennusetäisyyksiä A ja C vastaavien kameraelementtien vastaavien ylipääs-tösuodatettujen kuvapisteiden amplitudit ovat tällöin 35 kuvassa 2a esitetyn mukaisesti alemmat. Tällöin vertaamalla vastaavien kolmen kuvapisteen amplitudia saadaan määritettyä kyseisen kuvapisteen etäisyydeksi : B.It should be noted that in the method according to the invention it is possible to determine the distance only for pixels whose corresponding high-pass filtering values exceed a certain threshold value (i.e. for an image containing only one tonal value or where tonal values change only slowly from one pixel to another, it is not possible to determine distances). When the subject is at a distance B, the highest intensity value after high-pass filtering is obtained from the three camera elements • · for the high-pass filtered pixel Hp2xy at the focusing distance B. This is because when the image 30 is "sharp", it contains high spatial frequencies that are emphasized in the high-pass filtering operation. The amplitudes of the respective high-pass filtered pixels of the camera elements corresponding to the focusing distances A and C, respectively, are then lower as shown in Fig. 2a. In this case, by comparing the amplitudes of the corresponding three pixels, the distance of that pixel can be determined: B.
9 970859 97085
Mikäli etäisyys ei vastaa tarkasti mitään kolmesta mahdollisesta tarkennusetäisyydestä, mutta sijoittuu välille A-C, vastaavat amplitudit etäisyyksillä A,B ja C saadaan kuvan 2b mukaisesti sellaisiksi, että 5 lähimpänä oikeaa tarkennusetäisyyttä vastaavat elemen tit (A,B) antavat suuremman amplitudin kuin kolmas elementti. Tässä tapauksessa approksimoitu etäisyys määritetään sovittamalla interpolaatiokäyrä amplitu-deihin ja hakemalla ko. käyrän maksimipiste. Käytän-10 nössä tämä toimenpide voidaan suorittaa esim. taulu koimalla riittävä määrä kolmea amplitudiarvoa vastaavia etäisyysarvoja, jolloin interpolaatio voidaan tehdä yhdellä taulukkohaulla. Mikäli kohteen etäisyys on välin A-C ulkopuolella, voidaan tietyissä rajoissa 15 kuvan 2c mukaisesti määrittää etäisyys ekstrapoloimal la.If the distance does not correspond exactly to any of the three possible focusing distances, but is between A-C, the corresponding amplitudes at distances A, B and C are obtained according to Fig. 2b such that the elements (A, B) closest to the correct focusing distance give a larger amplitude than the third element. In this case, the approximate distance is determined by fitting the interpolation curve to the amplitudes and retrieving the the maximum point of the curve. In practice, this operation can be performed, for example, by plotting a sufficient number of distance values corresponding to three amplitude values, whereby interpolation can be performed with one table search. If the distance of the object is outside the range A-C, the distance can be determined by extrapolating la within certain limits 15 according to Fig. 2c.
Näin ollen keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa suoritetaan esim. kaikille kynnysarvon ylittäville 20 kuvapisteille vertailu, jolloin saadaan määritettyä esim. 3d-pinnan määrittävä taulukko. Samoin voidaan valita alkuperäisistä kolmesta kuvasta aina lähimpänä oikeaa tarkennusetäisyyttä oleva kuvapisteen sävyarvo.Thus, when applying the method according to the invention, e.g. a comparison is performed for all 20 pixels exceeding the threshold value, whereby a table defining e.g. a 3d surface can be determined. Similarly, you can always select the pixel tone value closest to the correct focusing distance from the original three images.
25 Keksinnön mukainen kuvauslaitteisto on näin ollen tarkoitettu etäisyyden määrittämiseen, jolloin siihen kuuluu yksinkertaisuudessaan optiset elimet 1, joilla kuvattu kuva-alue, joka käsittää etäisyydeltään määritettävän kohteen, kuten yhden tai useamman 30 mainitussa kuva-alueessa olevan kuvapisteen, on järjestetty samanaikaisesti ainakin kahdelle, sopivim-min kolmelle analogiselle kuvauselimelle 3, kuten puolijohde-matriisikamera-elementille 3a, 3b, 3c tai vastaavalle välitettäväksi, ainakin kolmen erillisen 35 kaksiulotteisen kuvan aikaansaamiseksi mainitusta kuva-alueesta. Kuvauslaitteistoon kuuluu lisäksi kohteen varsinaista etäisyyden määrittämistä varten : tarkoitettu tiedonkäsittely-yksikkö 2, kuten mikro- 10 97085 prosessori tai vastaava, oleellisesti saman kuva-alueen sisältävien kuvien vertaamiseksi toisiinsa sopivimmin digitaalimuotoon muutettuna. Kuvauslait-teistoon kuuluvassa kuvauslaitteessa X olevilla 5 puolijohde-matriisikamera-elementeillä on yhteinen objektiivijärjestely la, jonka avulla aikaansaadaan kolme erillistä, kuva-alaltaan ja valointensiteetil-tään oleellisesti yhtä suurta kaksiulotteista kuvaa kullekin puolijohde-matriisikamera-elementille 3a,3b, 10 3c.The imaging apparatus according to the invention is thus intended for determining distance, comprising in its simplicity optical means 1, in which the imaged image area comprising a distance-detectable object, such as one or more pixels in said image area, is arranged simultaneously for at least two, preferably -min to three analog imaging elements 3, such as a semiconductor matrix camera element 3a, 3b, 3c or the like, for transmitting at least three separate two-dimensional images of said image area. The imaging apparatus further comprises for determining the actual distance of the object: a data processing unit 2, such as a microprocessor or the like, for comparing images containing substantially the same image area, preferably in digital form. The semiconductor matrix camera elements 5 in the imaging device X belonging to the imaging apparatus have a common lens arrangement 1a, by means of which three separate two-dimensional images with substantially equal image area and light intensity are obtained for each semiconductor matrix camera element 3a, 3b, 10 3c.
Kuvaan 3 viitaten kuuluu kuvauslaitteistoon lisäksi muuntoelimet 4, kuten A/D-muunnin tai vastaava ku-vauselimille 3a,3b,3c välitetyn kuvan digitoimista 15 varten. Lisäksi tiedonkäsittely-yksikkö 2 on järjes tetty edullisesti ylipäästösuodatustekniikkaa soveltamalla kohdetta kuvaavia vastaavia kuvia vertailevaksi. Kuvassa 3 esitetyssä lohkokaaviossa viitenumerolla 7 on kuvattu multiplekseriä (MUX), jolla voidaan valita 20 kunkin kolmen kameraelementin ulostulo.Referring to Fig. 3, the imaging apparatus further includes conversion means 4, such as an A / D converter or the like, for digitizing the image transmitted to the imaging means 3a, 3b, 3c. In addition, the data processing unit 2 is preferably arranged by applying a high-pass filtering technique for comparing corresponding images describing the object. In the block diagram shown in Fig. 3, reference numeral 7 denotes a multiplexer (MUX) with which the output of each of the three camera elements 20 can be selected.
Kuvaan 1 viitaten on optisiin elimiin 1 kuuluva objektiivijärjestely la järjestetty edullisesti irrotettavasti samaan kuvauslaitteeseen X yhdessä 25 siihen edullisimmin liikkumattomasti kiinnitettyjen, toisistaan poikkeaviin kiinteisiin kohde etäisyyksiin A,B,C tarkennettujen puolijohde-matriisikamera-ele-menttien 3a,3b,3c kanssa. Eri tarkennusetäisyyksien A,B,C aikaansaamiseksi on kukin kuvauslaitteessa X 30 oleva kuvauselin 3a,3b,3c järjestetty kuvatasoa vastaan kohtisuorassa suunnassa valon kulkutietä pitkin tarkasteltuna oleellisesti toisistaan poik keaville etäisyyksille objektiivijärjestelyn la optisesta keskipisteestä.Referring to Fig. 1, the objective arrangement 1a belonging to the optical members 1 is preferably detachably arranged in the same imaging device X together with the semiconductor matrix camera elements 3a, 3b, 3c, most preferably fixedly fixed to it, at different fixed target distances A, B, C. In order to obtain different focusing distances A, B, C, each imaging member 3a, 3b, 3c in the imaging device X30 is arranged in a direction perpendicular to the image plane along the path of light viewed at substantially different distances from the optical center 1a of the objective arrangement.
3535
Kuvauslaitteeseen X on järjestetty lisäksi jakoelimet 5, objektiivijärjestelyn la läpäisseen valonsäteen • jakamiseksi kuvauselimille 3a,3b,3c, niille ainakin 11 97085 valointensiteetiltään oleellisesti toisiaan vastaavien kaksiulotteisten kuvien aikaansaamiseksi.The imaging device X is further provided with dividing means 5 for distributing the light beam • transmitted by the objective arrangement 1a to the imaging means 3a, 3b, 3c, for them to obtain two-dimensional images with substantially equal light intensities.
Edelleen edullisena sovellutuksena kuuluu kuvauslait-5 teeseen X erityisesti tarkennusalueen A-C säätämistä varten säätöelimet 6, jotka on kuvan 1 mukaisessa ratkaisussa järjestetty edullisesti kiinnittämällä objektiivijärjestely la kierreliitosperiaatteella kuvauslaitteeseen X. Tämä voidaan luonnollisesti 10 toteuttaa myös siten, että kukin kameraelementti kiinnitetään liikuteltavasti kuvauslaitteeseen X tai käyttämällä esim. ns. muuttuvapolttovälistä (zoom-) objektiivia.A further preferred embodiment for the imaging device 5, in particular for adjusting the focusing area AC, comprises adjusting means 6, which in the solution according to Fig. 1 are preferably arranged by screwing the objective arrangement 1a to the imaging device X. This can of course also be moved by moving each camera element to the imaging device X or using e.g. the so-called variable focal length (zoom) lens.
15 Kuvaan 1 viitaten kuuluu kuvauslaitteeseen X kaksi kohtisuorassa suunnassa toistensa suhteen olevaa säteenjakajaa (beamsplitter) 5a,5b, jotka jakavat objektiivijärjestelyn la läpäisseen valonsäteen kolmelle kohtisuorassa suunnassa toistensa suhteen eli 20 kuvauslaitteen X yläreunassa, takareunassa ja pohjassa olevalle puoli johde-matriisikamera-elementille 3a, 3b, -3c, joista ensimmäiselle välitetty kuva on tarkennettu muita lähemmäs A, kolmannelle muita kauemmas C ja toiselle edellämainittujen välille B.Referring to Figure 1, the imaging device X comprises two perpendicular beamsplitters 5a, 5b which divide the light beam transmitted by the objective arrangement 1a into three perpendicular elements at the top, rear and bottom elements of the imaging device Xa. 3b, -3c, of which the image transmitted to the first is focused closer to the others A, to the third further away from the others C and to the second between the above B.
2525
On selvää, että keksintö ei rajoitu edellä esitettyi-hin tai selitettyihin sovellutuksiin, vaan sitä voidaan perusajatuksen puitteissa muunnella huomattavastikin. Tällöin voidaan käyttää esim. neljää tai 30 useampaa kameraelementtiä. Luonnollisesti on myös mahdollista sovittaa kameraelementit samaan vaakasuoraan tasoon jakamalla linssin läpi tullut valonsäde vastaavasti vaakasuorassa tasossa kolmeen kohtaan.It is clear that the invention is not limited to the applications presented or described above, but can be considerably modified within the framework of the basic idea. In this case, for example, four or 30 more camera elements can be used. Of course, it is also possible to fit the camera elements in the same horizontal plane by dividing the light beam coming through the lens in three places in the corresponding horizontal plane.
Claims (10)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI951478A FI97085C (en) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | Method and imaging device for determining distance and use thereof |
AU50065/96A AU5006596A (en) | 1995-03-29 | 1996-03-25 | Method and image capturing device for determining distance |
PCT/FI1996/000169 WO1996030803A1 (en) | 1995-03-29 | 1996-03-25 | Method and image capturing device for determining distance |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FI951478A FI97085C (en) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | Method and imaging device for determining distance and use thereof |
FI951478 | 1995-03-29 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI951478A0 FI951478A0 (en) | 1995-03-29 |
FI97085B FI97085B (en) | 1996-06-28 |
FI97085C true FI97085C (en) | 1996-10-10 |
Family
ID=8543144
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI951478A FI97085C (en) | 1995-03-29 | 1995-03-29 | Method and imaging device for determining distance and use thereof |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU5006596A (en) |
FI (1) | FI97085C (en) |
WO (1) | WO1996030803A1 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8301159B2 (en) | 2004-12-31 | 2012-10-30 | Nokia Corporation | Displaying network objects in mobile devices based on geolocation |
US7720436B2 (en) | 2006-01-09 | 2010-05-18 | Nokia Corporation | Displaying network objects in mobile devices based on geolocation |
EP1839193A1 (en) | 2004-12-31 | 2007-10-03 | Nokia Corporation | Provision of target specific information |
EP2584311B1 (en) * | 2010-06-17 | 2020-01-22 | Panasonic Corporation | Image processing device and image processing method |
CN102713512B (en) * | 2010-11-17 | 2015-06-03 | 松下电器产业株式会社 | Image pickup device and distance measuring method |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3003407A (en) * | 1956-10-08 | 1961-10-10 | Polaroid Corp | Combined range finder and view finder |
US3696724A (en) * | 1969-12-30 | 1972-10-10 | Bell & Howell Co | Dual beam rangefinder |
US4005447A (en) * | 1975-06-02 | 1977-01-25 | Bell & Howell Company | Dual beam rangefinder |
JPS5842006A (en) * | 1981-09-04 | 1983-03-11 | Fuji Photo Optical Co Ltd | Zone-type auto-focus detecting device |
JPS6036905A (en) * | 1983-08-10 | 1985-02-26 | Canon Inc | Distance measuring apparatus |
JP2586931B2 (en) * | 1988-07-07 | 1997-03-05 | 株式会社リコー | Camera ranging device |
JP3252293B2 (en) * | 1992-10-29 | 2002-02-04 | セイコープレシジョン株式会社 | Distance measuring device |
JP3174941B2 (en) * | 1994-05-30 | 2001-06-11 | セイコープレシジョン株式会社 | Camera ranging device |
-
1995
- 1995-03-29 FI FI951478A patent/FI97085C/en active
-
1996
- 1996-03-25 AU AU50065/96A patent/AU5006596A/en not_active Abandoned
- 1996-03-25 WO PCT/FI1996/000169 patent/WO1996030803A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FI97085B (en) | 1996-06-28 |
FI951478A0 (en) | 1995-03-29 |
AU5006596A (en) | 1996-10-16 |
WO1996030803A1 (en) | 1996-10-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5568261A (en) | Three-dimensional image measuring device | |
US7612870B2 (en) | Single-lens aperture-coded camera for three dimensional imaging in small volumes | |
JP5134694B2 (en) | Image processing apparatus and image processing method | |
EP3801365B1 (en) | Device, method and system for generating dynamic projection patterns in a confocal camera | |
JP2010528499A (en) | Single lens, single sensor 3D imaging device with central aperture opening to obtain camera position | |
JPH07199052A (en) | Focus detecting method and distance measuring method | |
FI97085C (en) | Method and imaging device for determining distance and use thereof | |
US11350077B2 (en) | Handheld three dimensional scanner with an autoaperture | |
US11481917B2 (en) | Compensation of three-dimensional measuring instrument having an autofocus camera | |
JP7213686B2 (en) | Shape measuring device, control method and program | |
Michels et al. | Ray tracing-guided design of plenoptic cameras | |
JP2023547699A (en) | 3D scanner with sensors with overlapping fields of view | |
JP2861723B2 (en) | Confocal microscope | |
JP2009168789A (en) | Three-dimensional shape measuring method and system | |
JP3525712B2 (en) | Three-dimensional image capturing method and three-dimensional image capturing device | |
Yuan et al. | Integration of multiple-baseline color stereo vision with focus and defocus analysis for 3D shape measurement | |
JP7210170B2 (en) | Processing device, processing system, imaging device, processing method, program, and recording medium | |
CN118392037B (en) | Three-dimensional measurement method and system based on imaging | |
JP2001298657A (en) | Image forming method and image forming device | |
JPH0473563B2 (en) | ||
SE468612B (en) | SET A PHOTOGRAMMETRIC IMAGE OR REGISTER A STATIC IMAGE OBJECTIVE WITH AATMINSTONE AN OPTO-ELECTRICAL SURFACE SENSOR IN THE FORM OF A SOLID BODY | |
JP2004524576A (en) | Image focus adjustment method and apparatus | |
NL2002406C2 (en) | Optical range finder and imaging apparatus. | |
JPH1038559A (en) | Measurement of distance | |
JPH0789057B2 (en) | Distance measuring device |